Admin

Происхождение жизни на Земле

Проблема происхождения жизни являлась основной для естествознания на всех этапах его развития. Все исследователи этой проблемы приходят к заключению, что появлению жизни на Земле и эволюции живых организмов предшествовала длительная эволюция химических соединений. Этой проблемой занимались многие отечественные (В. Л. Комаров, В. Л. Омелянский, Л. С. Берг, Н. Г. Холодный) и зарубежные (Дж. Б. Холдейн, Дж. Бернал и др.) исследователи, но наибольший вклад в ее решение внесли труды советского биолога А. И. Опарина, получившие мировое признание. Его теория, высказанная впервые в 1924 г., далее непрерывно совершенствовалась.

Теория Опарина представляет собой обобщение убедительных доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую. В становлении жизни на Земле можно выделить четыре этапа.

Первый этап был возможен благодаря образованию простейших органических веществ абиогенно (небиологическим путем). В начале своего формирования Земля имела очень высокую температуру. По мере ее остывания тяжелые элементы перемещались к центру, а более легкие оставались на поверхности. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений и поэтому носила восстановительный характер. Это и послужило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Таким образом, из химически простых соединений возникали молекулы сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие простые органические соединения.

Второй этап связан с дальнейшим образованием более сложных химических соединений. Эти процессы шли в среде, бедной кислородом. Атмосфера Земли состояла преимущественно из водорода, аммиака, паров воды. Под влиянием коротковолнового ультрафиолетового и ионизирующего излучения Солнца вода разлагалась и водород из-за малой массы плохо удерживался в земной атмосфере и уносился в космическое пространство. Кислород вступал в химические соединения. Он окислял аммиак до молекулярного азота, а углеводы до спиртов, альдегидов и органических кислот. Образующиеся соединения вследствие их летучести попадали во влажную холодную атмосферу, что предохраняло их от разрушения.

В дальнейшем эти вещества вместе с дождем выпадали в моря, океаны и другие водные бассейны. Накапливаясь, они вновь вступали в реакции, в результате чего возникали более сложные соединения. Таким образом, в результате абиогенного синтеза в водах первородного океана постепенно накапливались все более сложные органические соединения. Появились соединения со структурой, близкой к таковой,— веществ, входящих в состав живых организмов. Так возникли полимерные соединения, подобные углеводам, жирам, нуклеиновым кислотам и ЛТФ. На определенном этапе развития Земли океан представлял собой «питательный бульон» (термин, предложенный А. И. Опариным). В таком «бульоне» и возникли первые живые организмы. Это были гетеротрофы, т. е. организмы, питающиеся готовыми органическими веществами.

Третий этап, по мнению А. И. Опарина, характеризовался выделением в первичном «питательном бульоне» особых коацерватных капель — предбиологических систем, представляющих собой группы полимерных соединений. В коацерватных каплях концентрировались возникшие независимо белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Важной является их способность избирательно адсорбировать вещества из окружающего раствора и за счет этого расти. Это делало возможным осуществление в них разнообразных быстропротекающих реакций.

Коацерватные капли становились системами, обособленными от среды, обладающими полимолекулярными индивидуальными свойствами, зависящими от различного сочетания в них нуклеотидов ДНК. Одни не выдерживали условий окружающей среды и распадались. Другие выживали. Даже на этой стадии проявилась общая закономерность — естественный отбор. Изменения в структуре коацер-ватов закреплялись благодаря отбору.

Четвертый этап характеризуется тем, что в процессе длительного отбора сохранились лишь те капли, которые обладали способностью к самовоспроизведению всей системы «ДНК — белок». Они при распаде на дочерние структуры не утрачивали особенностей своей структуры. Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны, отделяющей лх от окружающей среды и состоящей из фосфолипидов. Образование наружной мембраны определило направление дальнейшей эволюции — развитие все более совершенных саморегулирующихся систем вплоть до возникновения первых примитивных клеток. Этот этап следует считать временем появления примитивных организмов пробионтов.

Ни один из этапов преобразования неживой материи в живую не был отделен резкой границей от предыдущего или последующего. Каждый шаг в этом развитии осуществлялся постепенно. Естественно, что первые живые организмы обладали чрезвычайно примитивной организацией.

Первые обитатели нашей планеты были гетеротрофами и питались органическими веществами, растворенными в первичном океане. Постепенно в стали иссякать органические вещества, накопившиеся абиогенным путем. Появились автотрофы, использующие солнечную энергию для синтеза органических соединений из неорганических. Появление автотрофных организмов, в первую очередь зеленых растений, обеспечило дальнейший непрерывный синтез органических веществ, а следовательно, существование и дальнейшее развитие жизни. Они оказались в наиболее выгодном положении, так как обладали фотосинтезирующими системами.

Следующим этапом эволюции было приобретение фотосинтезирующими организмами способности использовать воду в качестве источника водорода. Усвоение С02 такими организмами сопровождалось выделением свободного кислорода. С тех пор в атмосфере стал накапливаться свободный кислород. Переход от первичной восстановительной атмосферы к среде, содержащей кислород,— важнейшее событие как в эволюции живых существ, так и в преобразовании минералов. В присутствии кислорода возникает возможность энергетически более выгодного кислородного типа обмена веществ, т. е. появление аэробных бактерий.

Таким образом, при образовании на Земле большого количества свободного кислорода возникли новые формы живых организмов — аэробы. А что же стало с анаэробами? Они оказались в невыгодном положении. Одни из них вымерли, другие нашли среду обитания, лишенную кислорода, и продолжали там анаэробное существование. Третьи вступили в симбиоз с аэробными клетками. Так возникли эукариотические клетки.

Возникшие одноклеточные эукариоты обладали огромными потенциальными возможностями. Каждая такая клетка имела свой собственный генетический аппарат. В его геномах могли происходить самые разнообразные мутации. Ядерный аппарат усложнялся. У клеток возник универсальный генетический код, одинаковые в своей основе механизмы транскрипции и трансляции.

Следующим этапом было возникновение многоклеточности. Оно связано с крупным ароморфозом в эволюции органического мира, выразившимся в образовании зародышевых слоев. Наиболее вероятно происхождение многоклеточных от колонии жгутиковых типа вольвокс. Дальнейшая дифференци-ровка клеток и повышение уровня организации у многоклеточных привели к появлению гамет, т. е. возникло разделение на соматические и половые клетки.

Таковы основные черты возникновения и начальные этапы развития жизни на Земле.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

serkol

И это всё можно повторить в лабораторных условиях?